Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
конспект Физические основы магнитного НК.doc
Скачиваний:
1185
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
6.69 Mб
Скачать

7.3. Индукционные преобразователи

В основу действия индукционных преобразователей положен закон электромагнитной индукции (М. Фарадей, 1831 г.), согласно которому во всяком замкнутом контуре (катушке) с числом витков wпри изменении потока магнитной индукции Ф через площадьS, ограниченную этим контуром, возникает ЭДС индукции:

е = –wdФ/dt. (33)

Знак «–» указывает на то, что ЭДС увеличивается при уменьшении и уменьшается при возрастании Ф (закон Джоуля-Ленца). В общем случае катушка может иметь магнитный сердечник с проницаемостью т, а изменение Н может происходить под угломк нормали контура (оси х на рис. 30). Тогда

Ф = 0тНScos. (34)

Отсюда возникает четыре возможности возникновения ЭДС в катушке:

е1 = –0тScosdH/dt; (35)

e2 = –0тНcosdS/dt; (36)

e3 = –0тНSsind/dt; (37)

e4 = –0SНcosdт/dt. (38)

в

Рис. 30. Образование

поля соленоида

о всех этих случаях катушка является преобразователем магнитного поля в электрический сигнал. При этом в трех последних случаях(формулы (36) – (38))преобразователи активные, поскольку к катушке необходимо подводить дополнительную энергию, в первом случае(формула (35)) ЭДС, называемая трансформаторной, возникает за счет изменения напряженности во времени, т. е. только в переменных полях. Такой преобразователь является пассивным, так как используемая им энергия поступает от измеряемого поля. В случае, когда катушка вращается в магнитном поле (37), преобразователь называется индуктором. согласно выражению (36) необходимо менять площадь катушки, по уравнению (38) изменяют проницаемость сердечника в катушке (феррозондовые преобразователи).

Пассивные индукционные преобразователи согласно выражению (35), но в форме

при(39)

применяют для контроля рельсов, уложенных в путь, с помощью индукционных вагонов-дефектоскопов.

7.4. Гальваномагнитные преобразователи

действие гальваномагнитных преобразователей основано на силовом влиянии магнитного поля на движущиеся электрические заряды. Впреобразователях Холлаимагниторезисторахполе действует на заряды, движущиеся в полупроводнике.

Ч

Рис. 31. Схематическое изображение преобразователя Холла

аще всего преобразователи Холла используют в виде плоской прямоугольной пластины из полупроводникового материала. Эффект Холла – электромагнитное явление, проявляющееся в появлении ЭДС (Е) на боковых гранях пластины при пропускании через нее токаIпри помещении ее в магнитное поле индукции В, т. е. (рис. 31)

, (40)

где Rх– постоянная Холла, Омм/Тл;

h– толщина пластины.

В слабых полях, где В < 0,1 Тл, эта зависимость квадратичная, при В = (0,1 – 1) Тл – линейная:

, (41)

где – чувствительность, которая указывается в паспорте на преобразователь.

Как правило, в процессе измерений ток Iостается неизменным, и в этом случае вводят параметрмагнитная чувствительностьm=E/Bпри номинальном токе. Магнитная чувствительность и номинальный ток также приводятся в паспорте на преобразователь. Абсолютное значение магнитной чувствительности колеблется в пределах 0,06 – 0,6 В/Тл. Часто удобнее пользоваться удельной чувствительностьюk=I, т. е. считать коэффициентом преобразования произведение чувствительности на ток. Это позволяет определить выходной сигнал при любых токах, а не только при номинальном.

Конструктивно преобразователи выполняют в виде пластин прямоугольной или крестообразной формы. Выпускаются кремниевые, германиевые и арсенид-галлиевые преобразователи Холла. Толщина преобразователя – около 0,2 мм, размеры активной части – от 1,8 0,6 до 63 мм. Габаритные размеры в слюдяных обкладках примерно вдвое больше.

Преобразователи Холла находят широкое применение при измерении слабых магнитных полей, а для измерения более сильных полей (В > 1 Тл), когда наступает насыщение преобразователя Холла, применяют магниторезисторы. В магниторезисторах используетсяэффект Гаусса, который состоит в изменении электрического сопротивления полупроводника под действием магнитного поля.наиболее ярко он проявляется в магниторезисторах из антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs) с параметрами, приведенными в табл. 2.

Таблица 2

Характеристика магниторезисторов

Характеристика

Тип магниторезистора

InSb

InAs

Сопротивление, Ом:

при В = 0

0,5 – 200

0,5 – 200

при В = 1 Тл

50 – 4000

1 – 400

Относительное изменение сопротивления при В, Тл:

0,1

0,2 – 0,5

0,03 – 0,5

0,5

5 – 8

0,5 – 1,0

1,0

10 – 16

2 – 3

Магниторезисторы применяют в основном для измерения полей с индукцией выше 0,2 Тл, поэтому в неразрушающем контроле их не удается использовать для регистрации полей рассеяния дефектов. Они могут быть применены при измерении индукции намагничивающих полей. Схемотехническое решение – по принципу омметра, градиентометрическое.